基于频率分集逆合成孔径雷达的多重信号分类目标成像算法

将频率分集的思想应用在逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像中,通过单频信号合成宽带信号,可解决系统发射接收宽带信号复杂的问题.但窄带的合成可视为宽带信号的稀疏采样,由此带来了旁瓣提高等难点.提出一种基于频率分集ISAR体制的多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)目标成像算法,该算法将合成阵列接收的回波信号协方差矩阵进行特征值分解,得到信号子空间与噪声子空间,然后根据二者的正交性构建谱函数对目标位置进行估计,得到目标的超分辨二维像.将MUSIC算法与后向投影(back projection,BP)算法做了对比,仿真结果表明:在有较强噪声环境下,前者仍能有较好的成像效果,证明本文方法的应用可有效解决频率稀疏带来的高旁瓣问题.     

基于窄带信号DOA估计的宽带相干信号DOA估计方法研究

提出了一种用窄带信号的波达方向(DOA)估计方法与宽带聚焦的方法相结合来估计宽带相干信号的DOA的方法.先利用相干信号子空间法将带宽内各个频率点的信号子空间聚焦到参考频点下的同一信号子空间,然后利用窄带信号的波达方向估计方法对DOA进行估计.用了一种新的无需谱峰搜索并且不要对噪声方差进行估计的窄带SSESPRIT算法进行宽带波达方向的估计,为了比较又用了经典的需要进行谱峰搜索的窄带MUSIC算法进行宽带信号的一维及二维波达方向的估计,仿真实验结果验证了方法的有效性.     

基于改进聚焦矩阵算法宽带信号测向研究

针对CSM算法预估信号,存在DOA估计误差的问题进行研究,提出运用解相干空间平滑技术对宽带信号进行矩阵重构,进而构造酉聚焦矩阵,将各频率点下阵列流变换到同一频率点上,进行DOA估计.仿真结果表明,经过前后向平滑处理,改进聚焦变换矩阵的方法,不需要对来波信号方位角预估,就能高精度、稳健的估计来波方向,且计算量少.     

Nested阵列宽带LFM信号二维DOA估计

Nested阵列以其大阵列孔径和更多自由度的优点,成为近期研究的热点。但大多集中在对窄带、平稳信号的波达方向(direction-of-arrival,DOA)估计,针对宽带信号,特别是非平稳宽带信号的研究较少。本工作基于分数阶傅里叶变换,应用DOA矩阵方法,提出一种Nested阵列二维测角算法,不需进行二维非线性搜索和参数配对,可实现对宽带线性调频信号的空间波达角精确估计。仿真结果验证了该算法的优越性。     

给予窄带信号DOA估计的宽带相干信号DOA估计方法研究

提出了一种用窄带信号的波达方向（DOA）估计方法与宽带聚焦的方法相结合来估计宽带相干信号的DOA的方法.先利用相干信号子空间法将带宽内各个频率点的信号子空间聚焦到参考频点下的同一信号子空间,然后利用窄带信号的波达方向估计方法对DOA进行估计.用了一种新的无需谱峰搜索并且不要对噪声方差进行估计的窄带SSESPRIT算法进行宽带波达方向的估计,为了比较又用了经典的需要进行谱峰搜索的窄带MUSIC算法进行宽带信号的一维及二维波达方向的估计,仿真实验结果验证了方法的有效性.     

一种宽带信号方位估计算法

针对多种宽带信号方位估计算法在不同程度上受到阵元数目、预角度估计、多次求逆矩阵、多次特征值分解或奇异值分解等因素的制约,文章提出了一种在传感器阵列存在误差的情况下,基于统计方法的宽带信号方位估计算法.该算法先将传感器阵列接收的宽带信号转换到频率域内,并考虑在阵列互耦的情况下,采用统计的方法,推导出阵列流形与噪声子空间正交的结论;最后,利用统计结果和窄带方位估计的方法对宽带信号进行方法估计.仿真试验表明,统计方法具有较好的方位角分辨率、噪声不敏感性和较低的计算复杂度.     

单通道小样本信号频率估计算法

针对噪声条件下单通道小样本信号的频率估计问题,提出基于MUSIC方法估计信号频率的算法,通过分析单通道接收信号,结合阵列信号处理方法,根据离散采样间隔和线性阵列阵元间距的关系,提出新的观测数据矩阵构造方法.利用采样数据构造一个Toeplitz矩阵,然后对该矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间,并通过MUSIC算法实现在单通道较小采样数据量的条件下,精确地估计信号频率.最后经过计算机仿真并与快速傅里叶变换(FFT)算法相比,验证了本文算法的有效性和优越性.     

航道多载波的通信时延与多普勒频移联合估计

针对海上航道立体监测系统中水声信道高斯噪声和对称α稳定(SαS,Symmetric α Stable) 脉冲噪声干扰的复杂环境,以基带OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplering）水声通信系统的发射信号作为研究对象,提出了一种基于分数低阶循环模糊函数的多循环频率时延与多普勒频移联合估计算法．该方法将分数低阶矩与循环平稳特性相结合,能够在SαS脉冲噪声条件下检测信号的循环平稳特性．仿真结果表明:在脉冲噪声和干扰环境中该算法均能稳定工作,估计性能优于基于二阶循环模糊函数．     

二维正弦信号频率估计的ESPRIT方法研究

为了在噪声背景下估计二维正弦信号的频率,并获得较高的估计精度,给出了二维相关阵的大特征值所对应的主特征向量,位于由信号向量张成的信号子空间的结论,并因此提出了一种新的基于最大特征值所对应的第1特征向量的二维谐波频率估计ESPRIT(Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariance Techniques)方法.该方法用此第1特征向量构造一个特殊矩阵代替MEMP(Matrix Enhancement and Matrix Pencil)方法中的数据矩阵,进一步用二维ESPRIT方法来估计谐波频率.该方法依赖于信号子空间,对噪声和数据长度敏感性小,同时它不需进行谱峰搜索,可以得到较高的估计精度.同时给出了较为简便的频率配对算法.仿真实验证明了算法的正确性.     

一种基于超分辨的二维信号参量估计方法

研究了阵列信号的二维谱估计问题,将MUSIC算法用于均匀线性阵列的二维谱估计中,实现目标信号的频率和入射角联合估计。针对相关信号条件下传统的二维MUSIC算法失效的问题,将MMUSIC算法推广到二维信号处理,通过接收数据进行虚拟平滑,实现对相关信号的频率和角度联合估计。仿真结果表明了该方法的有效性。     

海杂波背景下基于四元数电磁矢量阵列DOA估计

针对复杂多变的海杂波常伴随待测信号混入雷达系统而严重干扰目标信号的波达角度估计的问题, 提出一种新的基于电磁矢量阵列的四元数模型, 通过分数低阶统计量特性抑制海杂波噪声的二维波达角度估计方法。首先推导出电磁矢量阵列的四元数导向矢量, 然后利用分数低阶概念得到四元数分数低阶协方差矩阵,最后根据奇异值分解MUSIC(Multiple Signal Classification)算法得到谱估计公式。仿真实验结果表明, 与标量阵列和非四元数电磁矢量阵列MUSIC 算法相比较, 该方法可较好地抑制海杂波噪声, 且能提高估计精度。     

基于改进MUSIC算法的宽带DOA估计

经典MUSIC算法的统计特性主要建立在阵元数固定且快拍数趋于无穷的情况下,在有限样本中,当快拍数无法满足远大于阵元数的条件时,DOA估计会产生偏差.对于宽带信号的DOA估计,利用相干信号子空间(Coherent Signal-subspace Method,CMS)方法,构造聚焦矩阵使不同频率的信号子空间映射到同一参考频率上,用聚焦后的频域窄带模型进行DOA估计,并针对在实际应用中,阵列的阵元数较大且快拍数受限时经典MUSIC算法估计精度不高的情况,利用改进后的MUSIC算法-Spike-MUSIC算法,提高DOA估计精度.在不同信噪比下,分别对DOA估计的误差进行了MonteCarlo仿真实验,仿真结果表明,相对于普通的CSM方法,基于Spike-MUSIC算法改进的CSM方法在宽带DOA估计中具有更高的精度.     

脉冲噪声环境中韧性的子空间频率估计算法

为提高脉冲噪声环境中基于子空间的正弦信号频率估计算法的性能,以α稳定分布过程为脉冲噪声模型,利用m-估计方法得到接收信号尺度的鲁棒估计.构建鲁棒的接收信号协方差矩阵,并利用子空间方法得到正弦信号频率的估计.计算机仿真结果表明:该方法在强脉冲和低信噪比环境中的性能显著优于基于分数低阶统计量的子空间频率估计方法.     

冲激噪声背景下基于虚拟阵列变换的DOA估计

目前,大多数的DOA(direction of arrival)估计算法是应用在高斯噪声环境下的.随着冲激噪声的应用越来越广泛,利用虚拟阵列变换的方法,解决了在冲激噪声背景下对任意阵列进行DOA估计的问题.该方法将任意阵列虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式.然后结合分数低阶矩的特点,利用FLOM-MUSIC算法对来波方向进行有效的估计.经计算机仿真,证明了该方法的有效性.     

一种水声宽带双曲调频信号波达方向估计方法

提出了一种基于短时分数阶傅里叶变换的水下宽带双曲调频信号波达方向估计方法.建立了均匀线列阵声呐远场宽带双曲调频信号接收数据模型,在时域将接收信号进行分时段处理,对每一段短时信号分别进行分数阶傅里叶变换,将时域阵列接收数据转化成多段短时分数阶傅里叶域阵列数据,同时将多个时段的时变阵列流形矩阵变换成与每个时段一一对应的多个固定阵列流形矩阵.利用多重信号分类算法估计各短时信号的空间谱,应用求和运算进一步得到整体时段双曲调频信号空间谱,通过谱峰搜索实现对双曲调频信号的波达方向估计.通过仿真实验与分析,对该方法的水声双曲调频信号波达方向估计的有效性进行了验证,分析了该方法在阵列接收信号时域分段数、信噪比、目标方位等参数变化条件下的性能.与传统方法相比,该方法具有更高的方位分辨率和估计精度.     

基于双阵元的宽带相干信源数估计

不同噪声条件下,宽带相干信源数估计是阵列信号处理中的难点问题.本文针对宽带信号的特点,利用虚拟阵列扩展技术,将宽带信号的不同频率成分虚拟为不同间距的虚拟阵元,通过空间平滑削弱信号之间的相干性.但由于噪声的功率谱非严格平坦,虚拟阵列协方差矩阵的噪声特征值发散程度严重,经典的信息论方法完全失效.基于对角加载技术,提出了一种新的加载量,有效地平滑了噪声特征值,减弱了其发散程度,并在此基础上利用比率准则改进了信息论方法,实现了两阵元对多个信源的数目估计.仿真实验表明,改进后的方法在白噪声和色噪声条件下均具有较好的性能,优于盖氏圆方法.     

二维波达方向估计的非酉联合对角化方法

针对高斯白噪声中的二维角度估计问题,提出一种非酉联合对角化方法.该方法利用平移不变结构阵列信号子空间的旋转不变性,构造一组具有对角结构的空时相关矩阵,通过降维相关矩阵组的联合对角化,估计出阵列导向矢量矩阵,实现二维波达方向估计,所得二维角度能自动配对.该方法的计算量小于交替列对角化中心(ACDC)算法,且由于每步迭代具有精确的最小二乘闭式解,消除了ACDC算法的误差积累问题,其估计精度比二维旋转不变子空间方法和ACDC算法至少高5dB和2dB.     

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM信号波达方向估计新算法

提出一种新的基于分数阶傅里叶变换和信号子空间分解的宽带线性调频(LFM)信号波达方向(DOA)估计算法.该方法利用LFM信号在分数阶傅里叶变换域的极高的聚集性,在分数阶傅里叶变换域分离信号,并构造分数阶傅里叶变换域的阵列信号相关矩阵.通过对相关矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,并利用MUSIC算法估计宽带LFM信号的波达方向.仿真验证了新方法的有效性.     

基于支撑矢量机的信源数估计

为了改善在低信噪比、小快拍、色噪声环境下盖氏圆准则信源数估计算法的估计性能,提出了基于支撑矢量机(SVM)的信源数估计算法.基于支撑矢量机的信源数估计算法应用天线阵列接收数据协方差矩阵经特征值分解后,噪声的特征矢量与天线阵列的阵列流型正交的特性,通过盖氏圆算法提取信号和噪声的分类特征,再构造和训练两类分类矢量机,将天线...     

基于稀疏贝叶斯的多跳频信号二维波达方向估计

分析了现有跳频信号二维波达方向(DOA)估计算法的优缺点,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的跳频信号二维DOA估计算法.该算法利用L型阵列特点,将方位角、俯仰角和跳频率三维信息转换为一维空间频率信息,降低了冗余字典长度和稀疏求解难度.其次,经过奇异值分解降维处理,减少了矩阵运算维数,降低了算法复杂度,通过稀疏贝叶斯算法和快速傅里叶变换估计出空间频率和跳频率,利用Capon空间频率配对算法将空间频率和跳频率正确配对,计算出空间角.最后,由空间角几何关系解算出方位角和俯仰角.模拟结果表明,在低信噪比或低快拍数条件下,该算法DOA估计精度较高,且不易受空间频率间隔和跳频信号源相干性的影响.